Study on 0.1V electronics using proton in solids

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K20553
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Yajima Takeaki 九州大学, システム情報科学研究院, 准教授 (10644346)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 固体電気化学 / プロトン / 酸化還元 / 水素化

Outline of Final Research Achievements

We have fabricated a two-terminal device using protons and realized volatile conductivity modulation by a small voltage of 0.1V. This device is expected to be applied to reservoir computing, which requires volatile memory effects. On the other hand, the conductivity change at 0.1 V occurs on a time scale of a few minutes, suggesting that a thermally active barrier of protons at the interface is the rate-limiting factor. Engineering of this thermally active barrier will be necessary in the future.

Free Research Field

酸化物エレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

情報処理デバイスとして電子デバイスが主に利用されており、電子の素早い動きが情報処理の高速性を担保している。一方で今後エッジデバイスを中心に、ヒトと相互作用する情報処理システムのニーズが拡大していくと考えられ、電子が苦手とする秒スケールの遅い処理をなるべく低消費電力に行うことが求められると思われる。そのような新しい社会ニーズを見据え、遅い情報処理を超低消費電力に行うためのプロトンデバイス研究を行った。電気化学的に酸化物薄膜内でプロトンを制御することで、低消費電力かつ遅いデバイス動作を実現できることを明らかにした。